黃酮是主要存在于植物中的一大類天然產(chǎn)物，如花青素、大豆異黃酮、水飛薊賓等，在食品、醫(yī)藥方面具有重要應(yīng)用價值。目前，黃酮資源依賴于植物種植和提取，產(chǎn)能小、成本高，限制了市場潛力的開發(fā)。微生物合成生物技術(shù)是重要的潛在解決途徑，但面臨著植物黃酮合成途徑難以在微生物中高效異源重構(gòu)的困境。近日，中科院青能所呂雪峰團(tuán)隊在絲狀真菌中闡明了完整的黃酮生物合成途徑，其獨特催化機(jī)制為黃酮合成生物技術(shù)開發(fā)提供了新的選擇方案。
為了尋找具有抗菌和除草活性的天然產(chǎn)物，研究團(tuán)隊首先以支鏈氨基酸合成關(guān)鍵酶乙酰乳酸合酶（ALS）為探針，利用自抗性基因共定位（SRGD）策略在亮白曲霉中發(fā)現(xiàn)了與ALS自抗性基因cfoL共定位的NRPS-PKS雜合酶基因簇cfo。通過NRPS-PKS核心基因敲除證實該基因簇負(fù)責(zé)合成黃酮類化合物氯黃酮，進(jìn)一步的活性實驗顯示氯黃酮具有抑制擬南芥種子萌發(fā)和病原菌生長的活性，具有開發(fā)成為除草劑和抗生素的潛力。 隨后，研究團(tuán)隊通過基因敲除、同位素標(biāo)記、體外酶活和異源重構(gòu)等策略闡明了完整的真菌黃酮生物合成機(jī)制，與植物存在顯著差異。亮白曲霉中查爾酮骨架由NRPS-PKS雜合酶以苯甲酸或?qū)αu基苯甲酸為起始單元與4分子乙酰輔酶A縮合形成，而植物中是由III 型PKS催化對羥基肉桂酰輔酶A與3分子乙酰輔酶A形成。 進(jìn)一步催化查爾酮生成黃酮的兩個關(guān)鍵酶查耳酮異構(gòu)酶（CHI）和黃酮合酶（FNS）在進(jìn)化和催化機(jī)制方面也與植物中的明顯不同，分屬于不同家族。在真菌中CHI通過His33介導(dǎo)查耳酮發(fā)生Oxa-Michael加成反應(yīng)，以6-endo-trig關(guān)環(huán)方式形成構(gòu)型專一的黃烷酮，然后再由真菌FNS通過黃素單核苷酸（FMN）介導(dǎo)C2-C3位的脫氫轉(zhuǎn)化為黃酮。這說明真菌黃酮合成途徑的進(jìn)化是獨立的，而非是通過基因水平轉(zhuǎn)移從植物中獲得的。 該工作完整闡明了真菌中獨特的黃酮生物合成途徑，豐富了該類化合物的生物合成多樣性，為黃酮合成生物技術(shù)開發(fā)與微生物高效制造提供了新思路，對其應(yīng)用開發(fā)具有重要意義。 論文信息 Discovery of a Unique Flavonoid Biosynthesis Mechanism in Fungi by Genome Mining Wei Zhang, Dr. Xuan Zhang, Dr. Dandan Feng, Dr. Yajing Liang, Dr. Zhenying Wu, Siyu Du, Yu Zhou, Dr. Ce Geng, Dr. Ping Men, Prof. Chunxiang Fu, Prof. Xuenian Huang, Prof. Xuefeng Lu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215529
